热交换器焊接结构及工艺设计.doc

《热交换器焊接结构及工艺设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热交换器焊接结构及工艺设计.doc（39页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、沈阳理工大学应用技术学院毕业设计论文摘 要热交换器在工业生产中的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预热器；电力热力系统中的凝汽器、除氧器、给水加热器；冶金工业中高炉的热风炉等。由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临着能源短缺的局面，各国都致力于新能源开发，因而热交换器的应用与能源的开发与节约紧密相连。它不但是一种广泛应用的通用设备，并且在某些工业企业中占很重要的地位。随着生产规模的扩大和生产技术的现代化，热交换器必须满足各种情况特殊而又条件苛刻的要求。由于热交换器体积一般较大，其连接技术就变得极为重要。本课题主要对热交换器焊接结构及工艺进行设计,在焊接结构的设计

2、中，主要是对热交换器的常规设计，比如圆筒壁厚设计及校核、封头设计计算及校核等；在焊接工艺设计中，主要是焊接方法及设备的选择和焊接参数的确定等。热交换器的制作是一个复杂而严紧的过程，每个微小的细节都不容忽视。从热交换器参数的确定到投入正常使用，需要各个部门的共同努力。关键词：热交换器；焊接结构；焊接工艺AbstractHeat exchanger is very common in industrial production, such as the superheater、economizer and air preheater of the boiler equipment in the p

3、ower industry ;the condenser、deaerator and feedwater heaters in the electricity and heat system;and the hot blast stove of the blast furnace in the metallurgical industry,etc.Due to coal, oil and natural gas reserves in the world are limited and faced with energy shortage situation, countries are de

4、voted to the development of new energy, and thus applications of heat exchanger and the development and conservation of the energy are closely linked. It is not only a kind of universal equipment widely used, but also occupies an important position in some industrial enterprises. With the expansion

5、of the scale of production and the modernization of production technology, heat exchanger must meet the requirements of a variety of special circumstances and harsh conditions and situations.The connection technology becomes extremely important,due to the large volume of the heat exchanger.The issue

6、 is mainly on the design of welding structure and process of heat exchanger. It is mainly on the general design of heat exchanger in the design of welded structure, such as the design and check of the calculation of the cylinder wall thickness and head ,etc.; the selection of welding methods and equ

7、ipments and the determination of welding parameters and so on become important in the design of the welding process. Each tiny detail can not be ignored, for production of the heat exchanger is a complex and stringent process. It requires the efforts of each and every department from the determinati

8、on of parameters of the heat exchanger to normal use. Keywords: Heat exchanger; Welding structure; Welding process目录摘 要IAbstractII目录III第1章 绪论11.1焊接结构及焊接工艺的发展概述11.2热交换器的类型及其基本要求21.2.1热交换器的分类21.2.2热交换器的基本要求21.3焊接结构设计基础31.3.1焊接结构采用时应注意的问题31.3.2焊接结构总体设计要求31.3.3焊接结构设计的基本原则31.4焊接工艺设计基础51.4.1焊接工艺设计主要内容51.4

9、2产品焊接工艺方案的制定原则61.5热交换器用钢的选择61.6本课题研究的内容及意义7第2章 热交换器的焊接结构设计82.1 换热器焊接接头分类82.2换热器的常规设计82.2.1圆筒壁厚的设计计算82.2.2圆筒筒壁的应力校核112.2.3封头设计计算及校核112.2.4开口补强设计122.3管板与换热管132.3.1管板的选择132.3.2换热管的设计与排列方式14第3章 热交换器的焊接工艺设计173.1焊接方法及设备的选择173.1.1焊接方法的选择173.1.2焊接设备的选择183.2焊接材料的选择203.2.1筒体纵、环焊缝焊接用材料203.2.2管子/管板焊接材料213.3焊前准

10、备213.3.1焊件清理213.3.2焊接材料的预处理223.3.3焊前预热223.4焊接参数的确定223.4.1焊接坡口的选择223.4.2焊接电流的选择233.4.3焊接电压的选择243.4.4焊接速度的选择253.4.5焊缝层数263.4.6气体流量263.5热交换器的焊接工艺规程的编制263.6热交换器的焊接工艺评定试验273.6.1焊接工艺评定试验项目273.6.2焊接工艺评定试验方法27第4章 热交换器的制造流程28第5章 结论32致谢33参考文献3434第1章 绪论 在工程中，讲某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为热交换器。在这种设备内，至少有两种温度不同的流

11、体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；另一种流体温度较低，吸收热量1。在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度高的流体传递给温度低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。在航空航天工业中，为了及时取出发动机及辅助动力装置在运行时产生的大量热量，热交换器也是不可缺少的重要部件2。 由此可见热交换器的重要性，然而热交换器的好坏除了与其设计合理与否外，其制造工艺工程的重

12、要性同样不可小觑。热交换器属于压力容器的一种，工作条件比较恶劣，所以在热交换器的制造工程中，焊接会起着非常重要的作用。这样，热交换器的焊接结构和工艺的设计就成了重中之重。1.1焊接结构及焊接工艺的发展概述 焊接是实现材料精确、可靠、低成本、高效连接的关键技术，是产品结构创新设计的重要手段3。作为世界上最早使用焊接技术的国家之一，我国在战国时期就有了铜器主体耳足的钎焊连接。现如今焊接技术已应用于许多工业部门的金属结构中，焊接结构几乎渗透到国民经济的各个领域。如机械制造、石油化工、能源电力、矿山机械、铁道车辆、国防装备、航空航天、舰船制造等，与其他可制造金属结构的工艺如锻造、铸造、铆接相比，只有焊

13、接结构的占有率是上升的。在工业发达的国家中一般焊接结构占钢产量的45%50%。焊接结构向大型化、高参数、精确尺寸方向发展。焊接领域将来的发展趋势是高速焊接、数字化电源、传感技术、激光应用、自动化，省力化。未来的焊接结构需要作为产品寿命周期、费用、质量与可靠性的关键技术集成到产品设计与制造系统，产品设计的早期阶段就必须考虑焊接结构合理性、安全性、可靠性、可焊性、适用性等问题。 自从1810年俄国人发明碳弧焊接以来，焊接技术已走过了近200年的历程。在世界范围内，焊接技术的工业性应用始于1900年。随着世界工业化的进程，特别是二次世界大战期间，军火工业急剧膨胀，刺激了焊接技术高速发展，并进入大规模

14、工业生产领域，确立了其不可动摇的地位。 在现代工业生产中应用的焊接工艺方法，基本分成三大类：传统焊接方法；高能束焊接方法；特种焊接方法。近20年来，这些焊接工艺方法都在不同程度上得到了新的发展。对于任何类型的焊接结构来说，焊接工艺是决定产品质量的首要因素，尤其是对于重要的焊接结构，如锅炉、压力容器、高压容器、高压管道等全焊结构，其焊接接头都是按照等强原则设计的。焊接接头强度的减弱或韧性不足，都会导致整个焊接结构的提前失效，甚至酿成严重的灾难性后果。焊接工艺的重要性还在于它在很大程度上决定了焊接生产的经济性。对于一般焊接结构，焊接生产成本约占总成本的30%40%；对于锅炉、压力容器和船舶、车辆等

15、结构，约占总成本的50%。因此，设计优化的焊接工艺，采用高效焊接工艺方法，提高焊接生产过程的机械化、自动化成俗，可缩短生产周期、降低生产成本。随着焊接结构不断向大型化、重型化、精密化和高参数化发展，对焊接工艺必然会提出越来越高的要求。1.2热交换器的类型及其基本要求1.2.1热交换器的分类按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式。在这里我们主要研究的为管式热交换器，其中，管式热交换器又包括以下几种： （1）沉浸式热交换器 （2）喷淋式热交换器 （3）套管式热交换器 （4）管壳式热交换器1.2.2热交换器的基本要求 （1）热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能

16、传递的热量多。 （2）换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。 （3）价格便宜，维护容易，使用时间长。1.3焊接结构设计基础1.3.1焊接结构采用时应注意的问题焊接结构质量的好坏对其使用的安全性影响极大，而合理、正确进行焊接结构的设计，是保证其安全可靠的重要前提4。在采用焊接结构时，应考虑一下下列因素。1、 焊材的焊接性。2、 结构的刚度和抗震能力。3、 降低应力集中。4、 尽量避免焊接缺陷。5、 控制和减小焊接应力变形。6、 克服焊接接头处的不均匀性。7、 减少和合理布置焊缝。1.3.2焊接结构总体设计要求 对焊接结构设计的总体要求是结构的

17、整体或各部分在其使用过程中不应产生致命的破坏，其中包括弹性、塑性失效及断裂等，并达到所要求的使用性能。1.3.3焊接结构设计的基本原则 为了使所设计的焊接结构能达到上述基本要求，设计人员应遵循下列设计原则：1、合理选择和利用材料（1）所选用的金属材料必须同时能满足使用性能和加工性能的要求。使用材料包括强度、塑性、韧性、耐磨、抗腐蚀、抗蠕变等。加工性能主要有保证材料的焊接性，其次是考虑其他冷热加工的性能，如切割、热弯、冷弯、金属切割及热处理等性能。（2）有特殊性能要求的部位，可采用特种金属，其余用能满足一般要求的谦价金属，如有防腐功能的结构可以采用以普通碳钢为基体以不锈钢为工作面的复合钢板或在基

18、体表面上堆焊抗蚀层，有耐磨要求的结构，仅在工作面上堆焊耐磨金属或热喷涂耐磨层等。（3）尽可能轧制的标准型材和异型钢，通常扎制型材表面光洁平整。质量均匀可靠；不仅减少了许多备料工用量，还减少了焊接数量，由于焊接量减少，焊接变行易控制。（4）力求提高材料的利用率。在划分结构的零部件时，要考虑到备料的过程中合理排料的可能性，以减少余料。2、合理设计结构形式（1）不受铆接结构、铸造或锻造结构形式的影响，独立设计具有料接结构特点的结构形式。根据强度或硬度的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。（2）既重视结构的整体设计，也重视结构的细部处理。焊接结构属于刚性连接结构，结构的整体性意味着任何

19、部位的构造都等重要，许多焊接结构的破坏事故起源于局部构造不合理的薄弱环节。对于应力复杂或有应力集中的部位要慎重处理，如结构的特点，断面变化部位，焊接接头的形状变化处等。（3）尽量使用简单、平直明快的结构形式。减少短而不规则的焊缝，要有利于实现机械化和自动化焊接，要避免休用难以弯制或冲压具有复杂空间的曲面结构。除了尽量选用扎制型材以减少焊缝外，还可以利用冲压件代替一部分焊件；结构形状复杂，角焊缝多且密集的部位，可用铸钢件代替；必要时，宁可适当增加壁厚，以减少或取消加强筋板等。对于角焊缝，在保证强度要求的前提下，尽可能用最小的焊角尺寸，因为焊缝面积与焊角高度的平方成正比。对于对接焊缝，在保证焊透前

20、提下选用填充金属量最少的坡口形式。 3、合理布置焊缝有对称轴的焊接结构，焊缝宜对称的布置，或接近对称职轴处，这有利于控制焊接变形；要避免焊缝汇交和密集；在结构上使重要焊缝连续，让次要焊缝中断，这有利于重要焊缝实现自动焊；尽可能使焊缝避开高工作应力区，有应力集中的部位、机械加工面和需变质处理的表面等。 4、施工方便必须使结构上每条焊缝都能方便的施焊和方便质量检查，焊缝周围要留有足够的焊接和质量检查的操作空间；尽量使焊缝都能在工厂中焊接，减少工地焊接量；减少手工焊接量；扩在自动焊接量；双面对接焊时，操作较方便的一面用大坡口，施焊条件差的一面用小坡口。必要时采用单面焊双面成型的接头坡口形式和焊接工艺

21、 5、有利于生产组织管理大型焊接结构采用部件组装方工有利于工厂的组织与管理。因此，设计大型焊接结构时要进行分段。一般要综合考虑起重运输条件、焊接变形的控制、焊后处理、机械加工、质量检查和总装配等因素，力求合理化分。1.4焊接工艺设计基础1.4.1焊接工艺设计主要内容焊接工艺贯穿于焊接结构生产的全过程，焊接工艺的正确性、合理性、先进性，决定了产品的焊接质量和焊接生产的经济性。从事焊接结构生产的技术人员和管理人员始终在不遗余力地完善焊接工艺，开发新的焊接工艺方法及其装备，逐步扩大先进、优质、高效、低成本焊接技术的应用范围。目前在以焊接工艺为主导的现代化焊接结构生产企业中，已形成一套较为完整的焊接

22、工艺设计系统，并要求完成以下16项主要工作。1） 产品图样的工艺性检查。2） 产品焊接工艺方案的制定。3） 焊接新材料、新工艺和新设备试验。4） 专用焊接设备采购规范和验收标准的规定。5） 特种焊接材料采购规范和验收标准的制定。6） 产品焊缝识别卡的编制。7） 焊接工艺规程的制定。8） 焊接工艺评定试验与焊工考核。9） 企业焊接标准和产品焊接技术条件的制定。10） 专用焊接设备操作规程的编制。11） 焊接材料、焊接设备管理制度的编制。12） 焊接材料及辅料消耗定额的制定。13） 产品焊接质量事故分析及报告的编写。14） 焊接工艺专业标准的制定。15） 焊接工艺规程执行状况的监督与检查。16）

23、焊接机器人、数控专用焊接设备及数控切割机计算机软件程序的编制和存档。1.4.2产品焊接工艺方案的制定原则产品焊接工艺方案的制定原则，是在确保焊接质量的前提下，尽可能地采用及经济又合理的焊接工艺，同时体现其科学性和先进性。在焊接工艺方案的制定过程中，应全面分析产品的工作参数，对焊接接头的技术要求、产品的结构特点、所用结构材料的基本特性、考虑生产车间常用的焊接工艺方法，以及现有的焊接设备和工艺装备、已积累的生产经验、焊工的技能水平、文明生产条件和劳动保护措施等。1.5热交换器用钢的选择热交换器制造过程中，钢材需要满足以下要求：具有足够的强度；具有良好的塑性和韧性；具有相适用的适用温度；具有优良的焊

24、接性；具有高的耐腐蚀性。本课题是30热交换器焊接结构和工艺设计，属于中低压容器，16MnR钢即可满足使用要求；对于热交换器的换热管用钢，20钢的焊接性良好，能够满足结构设计和制造要求。16MnR钢的屈服点为343Mpa（35kgf/mm ），具有良好的综合力学性能和工艺性能。16MnR钢的工作温度为-40475。16MnR钢的焊接性良好，可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊及电渣焊等各种焊接方法施焊。板厚小于38mm，在室温下焊前不需要预热；但结构刚性较大或气温较低时仍应考虑预热；低温（5以下）施焊时，焊前需预热至100120。16MnR钢是含有锰和硅的低合金高强度钢，它比20钢类型的低碳钢只多加些锰

25、但其强度却增加35%左右。此钢具有良好的焊接性，但由于含有一定量的碳和锰等元素，焊接时的淬硬性倾向比20钢稍大些，冷裂倾向也就稍大。在气温较低的情况下，或在焊件刚度和板厚都较大的结构上焊接时，如果选用较小的热输入焊接短焊缝，焊接接头中就有可能产生淬硬组织或冷裂纹。1.6本课题研究的内容及意义本课题为30热交换器焊接结构及工艺设计,主要内容即为针对30热交换器进行焊接结构以及焊接工艺的设计。 热交换器是压力容器的一种，要承受压力、耐高温、耐腐蚀等。正确的焊接结构设计是热交换器质量保证的前提。在实际生产中，热交换器的破裂主要是因为焊接质量低劣，大多是因为裂纹导致事故的发生。因此，提高热交换器焊接

26、质量，制定正确的焊接工艺是确保其安全运行的重要环节。第2章 热交换器的焊接结构设计2.1 换热器焊接接头分类 换热器上的焊接接头按其受力状态及所处的部位可分成A、B、C、E、D、F六类5。如图2.1所示。 图2.1 热交换器典型的焊接接头类别A类接头包括圆柱形壳体筒节和卷制成形的大直径接管的纵缝对接接头。B类接头系指圆柱形筒节间的环向对接接头，接管与筒节间及其与法兰相接的环向对接接头。C类接头包括法兰、平封头、端盖、管板与筒体间的搭接接头。 D类接头是指接管、人孔圈、手孔盖、加强圈、法兰与筒体或封头相接的T形和角接接头。 E类接头包括吊耳、支撑、支座及各种内件与筒体或封头内外表面相接的角接接头

27、 F类接头系在筒体、封头、接管、法兰和管板表面上的堆焊接头。2.2换热器的常规设计2.2.1圆筒壁厚的设计计算管壳式换热器的外壳由壳体、管箱壳体和封头三部分组成。管壳式换热器的壳体通常是由管材或板材卷制而成的。当直径不小于400mm时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列匹配，以便于法兰和封头的选型。一般情况下，当直径小于1000mm时，直径相差100mm为一个系列；当直径大于1000mm时，直径相差200mm为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可取100mm。 该热交换器的主要受压部件是封头和筒体。圆筒的直径Di为1000mm， (如图2.2所示)，其厚度

28、计算按GB150-1998标准提供的方法进行。 图2.2 圆筒的直径Di 热交换器的设计参数如下：设计压力：0.55MPa工作压力：0.5MPa设计温度：工作温度：常温换热面积：30m2主要受压元件材质：16MnR试压压力：0.69MPa 焊接系数：0.85腐蚀裕量：1mm 代号表示：计算压力，MPa；圆筒内径，mm； 焊接接头系数，1.0；设计温度下材料的许用应力，MPa；C1钢板负偏差，mm C2腐蚀裕量, mm C厚度附加量C = C1 + C2, mm 1.计算厚度计算（仅按强度计算得到厚度） 壳体和管箱壳体外径为1000mm。选用低碳合金钢板材制壳体和管箱壳体，在150C时t=113

29、MPa。取计算压力等于设计压力，则Pc=0.6MPa圆筒计算厚度公式： 2.1 2.设计厚度计算（计算厚度加上腐蚀裕量） 实际圆筒钢板焊缝区金属一般低于母材，再考虑到容器腐蚀，供货钢板厚度的负偏差，设计厚度应比计算厚度大。圆筒设计厚度公式 2.2 3.名义厚度计算（实际采用标准规格钢材的厚度） 圆筒名义厚度计算公式 2.3 =注：为钢板负偏差，经查表2.1得，取0.3mm表2.1 钢板厚度负偏差钢板厚度2.02.22.52.83.03.23.53.84.04.55.5负偏差C10.180.190.200.220.250.30.5钢板厚度6782526303234364042505260负偏差C

30、10.60.80.91.01.11.21.3 根据容器用钢板（GB6654-86 GB6655-86），压力容器用碳素钢和低合金钢钢板厚度一般的规格尺寸是：6-100mm，所以本公式中取圆整值为1.83mm. 4.有效厚度计算（名义厚度减去壁厚附加量） 圆筒名义厚度计算公式2.42.2.2圆筒筒壁的应力校核 圆筒筒壁整体的应力校核按照如下公式计算: 2.5 所以，应力校核满足条件。 圆筒筒壁各处的应力校核 1）环向应力 2.6 2）轴向应力 2.7 3）径向应力 2.8 所以总应力 2.9 满足应力条件。2.2.3封头设计计算及校核形成这种封头的母线是由1/4椭圆线和一条平行于回转轴的短直线光

31、滑连接而成，因而这种封头是由半个椭球和一个高度为h0的圆柱形短节（称它为封头的直边部分）构成（如图2.3所示）。 图2,3 标准椭圆形封头 标准椭圆封头的曲面深度h1与封头公称直径之比为1:4，因为=1000mm，所以=250mm 椭圆封头的计算 ： 形状系数2.10 受内压椭圆封头的计算 对于标准椭圆形封头，其壁厚应不不小于封头内直径的0.25%。对于标准椭圆(即a/b2的椭圆) k1把数据带入式中得： 封头壁厚按下式计算: 2.11 考虑到钢板负偏差及一般钢板标准尺寸和方便焊接等因素，所以本设计中取封头壁厚和圆筒壁厚一致，取=6mm 所以取椭圆封头的容许应力按下式计算：2.12 封头应力满

32、足条件。2.2.4开口补强设计 为满足一定的工艺操作、检测及维修等要求，在容器上开孔是不可避免的。开孔以后，不仅使容器整体强度收到削弱，而且造成开孔边缘局部应力集中。因此，对容器开孔应予以足够的认识。 开孔对容器强度虽有影响，但并不是每开一个孔都需要补强，根据有有关规定，当开孔直径很小，容器所受压力不大，其对容器强度影响很小时，可以不专门进行补强。压力容器开孔补强常用的形式有补强圈补强、厚壁接管补强、整体锻件补强三种，如图2.4所示。 （a）补强圈补强 （b）厚壁接管补强 （c）整体锻件补强图2.4 补强元件的基本类型 在本次设计中我选择的是厚壁接管补强，它结构简单，焊缝少，焊缝质量容易检验，

33、补强效果好优，并且GB150-1998钢制压力容器也推荐采用这种补强方式。2.3管板与换热管2.3.1管板的选择管板是热交换器中的一个主要受压元件，它需要与管子和壳体连接。对与管板的设计，除了要满足强度要求，还要考虑其合理的结构设计。（1）管板结构整体管板结构如图2.5，管板与法兰连接的密封面为凸面，分程隔板槽拐角处，倒角1045。 图2.5 整体管板结构（2）管板厚度的选择管板最小厚度的选择，管板和管热管采用焊接时，应满足结构设计和制造要求，且不小于12mm。管板厚度的选择可根据其与筒体直径的关系来确定，如表2.2所示。表2.2 管板厚度与筒体直径的关系Di/mm40050060070080

34、0900100014001600162000/mm81012141618本设计的筒体直径为1000mm，所以选择的管板厚度为14mm。2.3.2换热管的设计与排列方式1.管程分程当换热器的换热面积较大而管子又不是很长时，就需要排列较多的管子。为了提高流体在管内的流速，增大管内传热系数，就必须将管束分程，分程可采用不同的组合方法，但是每程中的管数应该大致相等，分程隔板槽形状要简单，密封面长度应短。管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等七种6。偶数管程的换热器无论对制造、检修或是操作都比较方便，所以使用最多。除单程外，奇数管程一般少用，程数不能分的太多，不然隔板要占去相当大的布管面积。在本设

35、计中，选择了四程。2.换热管的规格和尺寸偏差碳钢、低合金钢换热管的规格和尺寸偏差见表2.3。表2.3 碳钢、低合金钢的换热管的规格和尺寸偏差材料换热管标准管子规格，mm高精度、较高精度普通精度外径mm厚度mm外径偏差mm壁厚偏差mm外径偏差mm壁厚偏差mm 碳钢低合金钢GB/T8163GB9948143022.50.20+12%-10%0.40+15%-10%30502.53.50.300.45573.50.8%10%1.0%+12%-10% 根据经济与安全使用要求本课题选择的管子为192。3.换热管的排列（1）换热管的排列型式换热管的排列型式主要有以下四种，如图2.6所示。图2.6 换热管的

36、排列型式等边三角形排列用的最为普遍，因为管子间距都相等，所以在同一管板面积上可排列的管子数最多，便于管板的划线和钻孔。但管间不易清洗，TEMA标准规定，当壳程需要机械清洗时，不得采用三角形型式。 在壳程需要进行机械清洗时，一般采用正方形排列，管间通道沿整个管束应该是连续的，而且要保证6mm的清洗通道。 图2.6中（a）和（d）两种排列方式，在折流板间距相同的情况下，其流通截面要比（b）和（c）两种的小，有利于提高流速，因此更加合理些。此换热器即采用（a）排列方式。（2）换热管中心距换热管中心距Sn，如图2.7，最小应为管子外径的1.25倍，多管程的分程隔板处的换热管中心距，最小应为换热管中心距

37、加隔板槽密封面的厚度，以保证管间小桥在胀接时有足够的强度。在用焊接方法连接管板和管子时，管间距可以小些，但是要保证壳程清洗时，由6mm的清洗通道。当壳程用于蒸发过程时，为使气相更好地逸出，管间距可以大到1.4倍管外径。按GB151-1999规定，常用的换热管中心距见表2.4。表2.4 换热管中心距换热管外径d101214161920253032353845505557换热管中心距13141619222526323840444857647072分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn283032353840445052566068767880 图2.7 分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn对于换热管外径为19m

38、m的管子，换热管中心距取25mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距为38mm。（3）换热管排列换热管排列应遵循一下原则：换热管的排列应该使整个管束完全对称。在满足布管限定圆直径和换热管与防冲板的距离规定的范围内，应该全部布满换热管。多管程的各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在10%以内，最大不得超过20%。相对误差计算公式： 2.13式中：Ncp各程平均数， ；Error! Reference source not found.各程中最小（或最大）管数。在本设计中：总管数：222管程数：4平均每程管数：Ncp=55各程管数：=51（3程），=60（1程）中心一行的管数Nr=587.5/32=18

39、结论：采用正三角形排列，层数为8层。第3章 热交换器的焊接工艺设计 在现代焊接结构生产中，焊接工艺设计的宗旨是：确保焊件的质量，使焊缝中无超标的缺陷，接头的各项性能符合产品技术条件和相关标准的要求；在保证焊接质量前提下，尽可能提高焊接生产效率，缩短生产周期；最大限度地降低生产成本，提高经济效益7。为实现上述目标，焊接工艺设计的主要任务是：根据各种焊接结构的技术要求，运用科学的工作方法，设计正确、合理、先进的焊接工艺。3.1焊接方法及设备的选择3.1.1焊接方法的选择 1、筒体纵、环焊缝焊接方法的选择筒体采用的是6mm厚的16MnR钢，筒体直径为1000mm。根据现有的条件和设施，选择焊条电弧焊

40、和埋弧焊相结合的方式。其中焊条电弧焊用于定位焊，埋弧焊由于焊缝的焊接。之所以用焊条电弧焊进行定位焊接，是因为其对各种钢材的适应性较强、可在任何位置进行焊接、设备简单、工艺灵活。筒体长度为3000mm，为两个圆筒的对接，为了提高精确度，需采用先定位再施焊的方法。用埋弧焊进行焊缝焊接，与其所具有的优点是分不开的。 （1）焊接效率高 埋弧焊时焊丝的熔敷率明显提高，且具有深熔能力，厚30mm以下焊件对接接头可以不开坡口或开浅坡口焊成全焊透的焊缝。 （2）焊接质量优异 埋弧焊时，电弧及焊接区受到良好的保护，焊缝的致密性好，质量优良，且焊缝外观平整光滑，焊道成形易于控制。利用焊丝熔化金属与熔渣的冶金反应，

41、能焊制满足各种性能要求的焊缝。（3）接头坡口制备简易 对于中、薄板对接接头，可以采用直边对接，无需加工坡口。 （4）改善焊接环境 埋弧焊过程无弧光辐射、烟尘少、无飞溅、易于实现焊接操作的机械化和自动化，大大降低了焊工的劳动强度。2、热交换器接管与管板焊接方法的选择对于热交换器，管子与管板焊接接头质量，是其最容易泄露的地方，这极大影响了换热管的传热性能。在本课题中换热管的材质为20钢，管板的材质为16MnR钢，且焊接质量要求较高，在此，设计中选择了自动氩弧焊焊接。钨极氩弧焊能够更好的控制焊接线能量，焊接质量稳定，焊缝成形美观，同时也由于其操作简便，提高了生产率。3.1.2焊接设备的选择1. 焊条

42、电弧焊设备焊条电弧焊的设备选择为ZX74008,如图3.1所示。图3.1 焊条电弧焊设备ZX7-400 焊机型号： ZX7-400输入电压/V： 380电流调节范围/A： 20400焊接电流 持续负载率60%（A): 400 持续负载率100%（A): 310 性能特点及用途 （1）采用MOSFEL逆变技术电路高频引弧设计。 （2）具有电网电压波动补偿功能，抗电网波动强（V15）。 （3）效率高、空载损耗小，比传统焊机节电40%以上。 （4）体积小、重量轻、高空作业方便。 2.埋弧焊设备 对于埋弧焊设备，选择MZ-1000，如图3.2所示：图3.2 埋弧焊设备MZ-1000 其技术参数为送丝方

43、式：变速送丝焊接结构特点：焊车焊接电流/A：4001200焊丝直径/mm：36送丝速度/ cm/min：50200（弧压35V）焊接速度/ cm/min：25117焊接电流种类：直流或交流送丝速度调整方法：用电位器调整直流电动机转速 3.TIG焊设备选择 TIG焊设备，本设计中选择了WSM-400S管板自动焊机，如图3.3。其详细参数如表3.1所示。图3.3 WSM-400S管板自动焊机表3.1 WSM-400S管板自动焊机参数电源WSM400s电源类型数控逆变焊接电流5400A空载电压67V输入电压380V10% 功率 50/60Hz控制功能直流/脉冲电流旋转运动送丝运动保护气控制弧长控制（可选）3.2焊接材料的选择3.2.1筒体纵、环焊缝焊接用材料 热交换器用焊接材料的选择需要考虑各方面的因素